專利名稱：在具有旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器的磁盤驅(qū)動(dòng)器中抑制振動(dòng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種改進(jìn)的數(shù)據(jù)訪問和存儲(chǔ)系統(tǒng)，尤其涉及一種在具有旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器(actuator)的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器中抑制線圈支撐件上的振動(dòng)的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
一般來說，數(shù)據(jù)訪問和存儲(chǔ)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)在磁性或光學(xué)存儲(chǔ)媒介上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置構(gòu)成。例如，磁性存儲(chǔ)裝置被稱為直接存取存儲(chǔ)裝置(DASD)或硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)，并且包括一張或多張磁盤以及用來操縱有關(guān)這些磁盤的局部操作的磁盤控制器。這些硬盤自身通常由鋁合金或玻璃和陶瓷的混合物制成，并覆蓋有一層磁性涂層。通常，一至六張磁盤垂直疊放在一共同心軸上，該心軸由磁盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以每分鐘幾千轉(zhuǎn)(rmp)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
傳統(tǒng)的HDD還采用了一種促動(dòng)器組件。該促動(dòng)器使磁性讀取/寫入頭向旋轉(zhuǎn)磁盤上的所要求位置移動(dòng)以便將信息寫入到那個(gè)位置或者從中將數(shù)據(jù)讀出。在大多數(shù)HDD中，磁性讀取/寫入頭安裝在一滑塊上?；瑝K通常用來機(jī)械地支撐該磁頭和在該磁頭和該磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剩余部分之間的任何電連接?；瑝K按照空氣動(dòng)力學(xué)成形以在運(yùn)動(dòng)的空氣上滑行，以便與旋轉(zhuǎn)磁盤的表面保持均勻的間距，由此防止磁頭不理想地接觸磁盤。
通常，滑塊在其空氣支撐表面(ABS)上形成有由凸起構(gòu)成的空氣動(dòng)力學(xué)圖案，該空氣支撐表面使得滑塊在磁盤驅(qū)動(dòng)器的操作期間在靠近磁盤的恒定高度處飛行?；瑝K與每塊圓形磁盤的每個(gè)側(cè)面相連，并且正好在圓形磁盤表面上面飛行。每個(gè)滑塊安裝在懸架上以形成磁頭萬向架組件(HGA)。然后該HGA連接在支撐著整個(gè)磁頭飛行單元的半剛性促動(dòng)器臂上?？梢詫讉€(gè)半剛性臂組合以形成單個(gè)具有線性支撐或旋轉(zhuǎn)樞軸支撐系統(tǒng)的可動(dòng)單元。
利用通常被稱為音圈電機(jī)(VCM)的磁鐵/線圈結(jié)構(gòu)來使磁頭和臂組件線性地或繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。VCM的定子安裝在底板上或者其上還安裝有主軸的鑄件上。然后用一蓋子和密封組件將基底鑄件和其主軸、促動(dòng)器VCM和內(nèi)部過濾系統(tǒng)一起封閉，從而確保沒有任何污染物可以進(jìn)入從而對(duì)在磁盤上飛行的滑塊的可靠性造成不利影響。當(dāng)將電流輸送給電機(jī)時(shí)，VCM產(chǎn)生出與所施加的電流基本上成正比的力或扭矩。因此臂加速度基本上與電流的大小成正比。當(dāng)讀取/寫入磁頭接近所要求的磁道時(shí)，將一反極性信號(hào)施加給促動(dòng)器，從而使得該信號(hào)用作制動(dòng)器，并且理想地使得讀取/寫入磁頭停止并且直接設(shè)定在所要求的磁道上面。
通過改進(jìn)促動(dòng)器設(shè)計(jì)而提高磁頭定位的精確度和速度，從而大大提高了當(dāng)前HDD生產(chǎn)率和存儲(chǔ)容量。更準(zhǔn)確的說，該促動(dòng)器使讀取/寫入磁頭定位越精確，則驅(qū)動(dòng)磁道密度越大。術(shù)語(yǔ)“伺服系統(tǒng)帶寬”(servo bandwidth)表示應(yīng)用在磁頭定位系統(tǒng)上的開環(huán)傳輸函數(shù)的交叉頻率(cross-over frequency)。隨著HDD的磁道密度增加，通常需要較高的伺服系統(tǒng)帶寬來提高磁道測(cè)量對(duì)準(zhǔn)(TMR)性能。線圈和支架的機(jī)械共振是限制音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的HDD的伺服系統(tǒng)帶寬的主要因素之一。另外，對(duì)更高速度和存儲(chǔ)容量的要求已經(jīng)導(dǎo)致更快速且更緊湊的硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)組件?，F(xiàn)代高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器通常具有幾塊堆疊的磁盤，它們?cè)谳S上以超過10000rpm的速度旋轉(zhuǎn)。在這些磁盤上的磁道密度通常為每英寸12000條磁道(tpi)以上。隨著HDD的磁道密度增加，高伺服系統(tǒng)帶寬對(duì)于提高由TMR測(cè)量的讀取/寫入操作的效率以及其其它性能指標(biāo)而言更加重要。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提出了許多提高動(dòng)態(tài)定位性能的裝置和方法。例如，Back的US5930071、Edwards的US5914837和Edwards的US5666242，這些專利都涉及抑制在樞軸組件處的振動(dòng)的方法。其它美國(guó)專利，例如Beatty的US 6310749和Huang的US5936808涉及在促動(dòng)器臂中的振動(dòng)抑制。還有其他的美國(guó)專利涉及促動(dòng)器抑制。后一種類型的例子包括Alfred的US5790348，它利用線圈上的塑料過成型。這種方法不適用于高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗鼈円缶€圈支撐件有高硬度，以允許高的TPI。授予Castagna的US4602175在線圈軸上使用抑制層，這也降低了線圈本身的硬度，因而由于抑制層的高溫而失去了抑制有效性。同樣，這種方案也不適用于高性能驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗鼈円蟾叩木€圈硬度，以允許高的TPI。此外還參見Aruga的US5764441。因此，需要提供一種改進(jìn)的方法和系統(tǒng)，以便在數(shù)字記錄系統(tǒng)中降低HDD懸架和磁頭設(shè)備的動(dòng)態(tài)機(jī)械變形對(duì)讀取/寫入磁頭的偏離磁道定位誤差的影響。在實(shí)際情況中，這種系統(tǒng)用來提高HDD組件的存取時(shí)間、性能和有效磁道密度。

發(fā)明內(nèi)容
用于高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器組件的促動(dòng)器的抑制組件的一個(gè)實(shí)施方案由多種材料形成。例如，該抑制組件可以一種受約束層抑制設(shè)備。該抑制組件加入在促動(dòng)器上，用來抑制在驅(qū)動(dòng)器操作期間出現(xiàn)的振動(dòng)。該抑制組件與促動(dòng)器的線圈區(qū)域的外部連接，它包括音圈的任何部分、線圈支撐件和/或線圈區(qū)域的部件的任意組合。在一個(gè)形式中，抑制組件通過粘合劑固定在線圈區(qū)域上。
本發(fā)明的抑制組件為高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器的線圈區(qū)域中添加抑制組件例如受約束層抑制組件這有助于抑制線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲的振動(dòng)方式，由此改進(jìn)了動(dòng)態(tài)定位性能，從而提高了整個(gè)外存儲(chǔ)器(file)輸入/輸出處理量性能。通過提高磁鐵半徑這還允許更高的音圈電機(jī)扭矩常數(shù)，由此還改善了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，這進(jìn)一步改善了外存儲(chǔ)器輸入/輸出處理量性能。通過降低與線圈扭矩和線圈彎曲模式相關(guān)的定位時(shí)間，并且允許更高的扭矩常數(shù)，從而也改進(jìn)了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，由此改進(jìn)了整體外存儲(chǔ)器性能。
通過結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖閱讀本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的以下詳細(xì)說明，從而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解本發(fā)明的上述和其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


為了更詳細(xì)地理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點(diǎn)的方式以及其它顯而易見的方式，可以參照在附圖中所示的實(shí)施方案借助上面概述的本發(fā)明的更具體的說明，這些附圖構(gòu)成本說明書的一部分。但是，要理解的是，這些附圖只是顯示出本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，因此不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其它具有等同效果的實(shí)施方案。
圖1為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施方案的示意性頂視圖；圖2為圖1高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器的促動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施方案的立體圖，顯示出從中分解出的抑制組件；并且圖3為圖2的促動(dòng)器的立體圖，顯示出固定在其上的抑制組件。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，該圖顯示出用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的包括磁性硬盤外存儲(chǔ)器或驅(qū)動(dòng)器111的信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。驅(qū)動(dòng)器111具有一外部殼體或基底113，它包含多張緊密間隔開的疊置的平行磁盤115(未示出)。磁盤115由具有中心驅(qū)動(dòng)輪轂117的主軸電機(jī)組件轉(zhuǎn)動(dòng)。促動(dòng)器121包括多個(gè)以圍繞著鉸接組件123鉸接安裝在基底113上的梳子形式的平行促動(dòng)器臂125(參見例如圖2)?？刂破?19也安裝在基底113上，用來選擇地使由臂125構(gòu)成的梳子相對(duì)于磁盤115運(yùn)動(dòng)。
在所示的一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)臂125具有至少一個(gè)從中延伸出的懸臂式負(fù)重梁或懸架127。磁性讀取/寫入傳感器(transducer)或磁頭129安裝在一滑塊上并且固定在可彎曲安裝在每個(gè)懸架127上的彎曲部上。讀取/寫入磁頭129從磁盤115中磁性地讀出數(shù)據(jù)和/或?qū)?shù)據(jù)磁性地寫入到這些磁盤上。被稱為磁頭萬向架組件的組件為磁頭129和滑塊，它們安裝在懸架127上?；瑝K通常粘接在懸架127的端部上。磁頭129通常為微微級(jí)尺寸(大約1250×1000×300微米)，并且由陶瓷或金屬間材料形成。磁頭129還可以是例如納米大小(大約為2050×1600×450微米)并且通過懸架127預(yù)先加載在磁盤115的表面上(在2至10克的范圍中)。
懸架127具有一種類似彈簧的特性，它將滑塊空氣支撐表面偏壓或壓迫在磁盤上，從而使得在滑塊和磁盤表面之間能夠形成空氣支撐薄膜。裝在傳統(tǒng)音圈電機(jī)磁鐵組件134(未示出頂極)內(nèi)的音圈133也安裝在與臂125和磁頭萬向架組件相對(duì)的促動(dòng)器的主體上。在所示的形式中，音圈133設(shè)置在線圈支撐件136之間并且與之連接，該線圈支撐件例如包括一對(duì)從促動(dòng)器121的主體中一體地延伸出的手指形凸起。由控制器119控制的促動(dòng)器121的運(yùn)動(dòng)(由箭頭135所示)使磁頭萬向架組件129徑向越過在磁盤115上的磁道直到這些磁頭129定位在目標(biāo)磁道上。這些磁頭萬向架組件按照傳統(tǒng)的方式操作并且總是相互一致地運(yùn)動(dòng)，除非驅(qū)動(dòng)器111使用多個(gè)單獨(dú)的促動(dòng)器(未示出)，其中這些臂可以相互獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2和3，這些圖顯示出驅(qū)動(dòng)器111的促動(dòng)器121的更詳細(xì)的視圖。在該實(shí)施方案中，促動(dòng)器121包括一阻尼器或抑制組件141。抑制組件141可以包含一種或多種加入在促動(dòng)器121上的材料，以便抑制在驅(qū)動(dòng)器111的操作期間出現(xiàn)的振動(dòng)。在所示的形式中，抑制組件141由一層或多層與促動(dòng)器121的線圈區(qū)域143的外部的僅僅一部分連接的材料層形成?！熬€圈區(qū)域”143在這里被定義為音圈133的任意部分、線圈支撐件136和/或其任意組合，從而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下抑制組件141可以跨在線圈區(qū)域143的多個(gè)部件上。
抑制組件141可以通過多個(gè)不同的連接系統(tǒng)或方法固定在線圈區(qū)域143上，但是優(yōu)選通過粘合劑連接在其上。如上所述，如在圖2中所示一樣，抑制組件141可以包含多種材料，并且可以形成為一種受約束層抑制設(shè)備。在這種形式中，抑制組件141包括由金屬材料(例如鋁或不銹鋼)形成的薄層或箔片，其上連接有一層彈性、粘彈性或其它材料層。還有，可以使用粘合劑層來將抑制組件141的各個(gè)部件連接在一起并且連接在促動(dòng)器121上。另外，抑制組件141的大小和形狀并不限于所示的實(shí)施方案。而且，抑制組件141的大小、形狀、厚度等可以改變以滿足所要求的性能要求。還有，可以在促動(dòng)器121上的多個(gè)應(yīng)用位置處使用多個(gè)抑制組件141(每個(gè)都具有不同形狀和尺寸)。
本發(fā)明為高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器的線圈區(qū)域中添加抑制組件(例如受約束層抑制組件)有助于抑制線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲的振動(dòng)方式，由此改善了動(dòng)態(tài)定位性能，由此改善了整體外存儲(chǔ)器輸入/輸出處理量性能。這還允許更高的音圈電機(jī)扭矩常數(shù)K(t)。可通過增加磁鐵半徑增大Kt，這也可以增大線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲激勵(lì)。但是，本發(fā)明的抑制系統(tǒng)抑制線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲振動(dòng)，因此允許增大的磁鐵半徑和增大的Kt。這些參數(shù)還改進(jìn)了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，這進(jìn)一步改進(jìn)了外存儲(chǔ)器輸入/輸出處理量性能。通過降低與線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲模式相關(guān)的定位時(shí)間并且允許較高的扭矩常數(shù)以改善運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而改善了整體外存儲(chǔ)器性能。這兩種效果都會(huì)改進(jìn)外存儲(chǔ)器性能。
使用本發(fā)明特別有利于衰減線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲，因?yàn)檫@兩種模式通常具有低頻率，因而降低了其振動(dòng)衰減的頻率。這些模式通常是對(duì)高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器最有問題的兩種模式，會(huì)導(dǎo)致定位時(shí)間長(zhǎng)和性能降低，因?yàn)樗鼈兪窃谒褜げ僮髦屑?lì)的并通常在高性能旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器硬盤驅(qū)動(dòng)器中的定位過程中被伺服系統(tǒng)放大。用本發(fā)明抑制這兩種模式使振動(dòng)快速衰減，從而允許較高的TPI和更快的存取時(shí)間和性能，不過這不能幫助提高伺服系統(tǒng)帶寬。
雖然已經(jīng)顯示出只是本發(fā)明的一些形式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，它并不局限于此，而是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以有各種各樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，它包括一基底；至少一張可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在所述基底上的磁盤；一樞軸地連接在所述基底上的促動(dòng)器，該促動(dòng)器具有一線圈區(qū)域和用于從磁盤中讀取數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)寫入到其上的傳感器；以及一阻尼器，它與所述線圈區(qū)域連接，用來抑制所述高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器在操作期間出現(xiàn)的振動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述阻尼器包括一受約束層抑制組件。
3.如權(quán)利要求2所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述受約束層抑制組件包括至少一層固定在至少一層彈性層上的金屬層，并且其中所述受約束層抑制設(shè)備粘接在所述線圈區(qū)域上。
4.如權(quán)利要求1所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述線圈區(qū)域包括一音圈和一線圈支撐件，并且其中所述阻尼器連接在所述音圈上。
5.如權(quán)利要求1所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述線圈區(qū)域包括一音圈和一線圈支撐件，并且其中所述阻尼器連接在所述線圈支撐件上。
6.如權(quán)利要求1所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述線圈區(qū)域包括一音圈和一線圈支撐件，并且其中所述阻尼器與所述音圈和線圈支撐件連接并且跨在它們上面。
7.如權(quán)利要求1所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述線圈區(qū)域具有一外表面，所述阻尼器與該外表面的僅一部分相連。
8.一種高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，它包括一基底；至少一張可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在所述基底上的磁盤；一樞軸地連接在所述基底上的促動(dòng)器，該促動(dòng)器具有一線圈區(qū)域和用于從磁盤中讀取數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)寫入到其上的面對(duì)所述線圈區(qū)域設(shè)置的傳感器，其中所述線圈區(qū)域包括一音圈和一線圈支撐件；以及一受約束層抑制組件，它與所述線圈區(qū)域連接，用來抑制所述高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器在操作期間出現(xiàn)的振動(dòng)，所述受約束層抑制組件包括至少一層固定在至少一層彈性層上的金屬層，其中所述受約束層抑制設(shè)備粘接在所述線圈區(qū)域上。
9.如權(quán)利要求8所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述受約束層抑制組件連接在所述音圈上。
10.如權(quán)利要求8所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述受約束層抑制組件連接在所述線圈支撐件上。
11.如權(quán)利要求8所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述受約束層抑制組件連接在所述音圈和所述線圈支撐件上并且跨在它們上面。
12.如權(quán)利要求8所述的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述線圈區(qū)域具有一外表面，所述受約束層抑制組件與該外表面的僅一部分相連。
13.一種抑制在高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器中的振動(dòng)的方法，它包括提供一基底，它具有至少一張可轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤和一樞軸促動(dòng)器，該樞軸促動(dòng)器包括一具有一音圈和一線圈支撐件的線圈區(qū)域；將一受約束層抑制組件連接在所述樞軸促動(dòng)器的所述線圈區(qū)域上；并且通過固定在所述線圈區(qū)域上的受約束層抑制組件操作高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器，從而所述受約束層抑制組件抑制高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述連接步驟包括將所述受約束層抑制組件固定在所述音圈上。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述連接步驟包括將所述受約束層抑制組件固定在所述線圈支撐件上。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述連接步驟包括將所述受約束層抑制組件固定在所述音圈和所述線圈支撐件上。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述連接步驟包括將所述受約束層抑制組件固定在所述線圈區(qū)域的外表面上。
全文摘要
一種用于高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器組件的促動(dòng)器的抑制組件，它由多種材料形成。該抑制組件添加在促動(dòng)器上，用來抑制在驅(qū)動(dòng)器操作期間出現(xiàn)的振動(dòng)。該抑制組件與促動(dòng)器的線圈區(qū)域的外部連接。該抑制組件有助于抑制線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲的振動(dòng)方式，由此改善了動(dòng)態(tài)定位性能，從而改善了整體外存儲(chǔ)器輸入/輸出處理量性能。通過加大磁鐵半徑這還允許更高的音圈電機(jī)扭矩常數(shù)，由此也改進(jìn)了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，這進(jìn)一步改善了外存儲(chǔ)器輸入/輸出處理量性能。通過降低與線圈扭轉(zhuǎn)和線圈彎曲模式相關(guān)的定位時(shí)間并且允許也能改善運(yùn)動(dòng)時(shí)間的更高扭矩常數(shù)，從而改善了整體外存儲(chǔ)器性能。這兩個(gè)效果都有助于改善外存儲(chǔ)器性能。
文檔編號(hào)G11B5/48GK1514433SQ200310114980
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月18日
發(fā)明者米格爾·多名格茲, 安布里施·密斯拉, 海特姆·拉德溫, 拉德溫, 施 密斯拉, 米格爾 多名格茲 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司